长湖草/藻型湖区浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系

长湖是湖北省第三大淡水湖泊,对维持长江中游地区生态平衡发挥着重要作用。为研究长湖草型湖区和藻型湖区浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系,于2020年4、7、10月和2021年1月对长湖进行了调查与分析。结果表明,草型湖区和藻型湖区分别鉴定出浮游植物80种和91种,以绿藻门种类数最多,分别为38种和50种。两类湖区均以小球藻属（Chlorella sp.）和小环藻属（Cyclotella sp.）为主要优势种。草型湖区和藻型湖区浮游植物丰度变化范围分别为0.59×107~2.34×107 cells/L和0.73×107~3.06×107 cells/L,生物量变化范围分别为8.98~18.48 mg/L和 0.08~21.40 mg/L。藻型湖区多样性指数略高于草型湖区,两湖区水质整体介于轻污染到中污染之间。冗余分析（RDA）结果显示,草型湖区浮游植物优势种主要受水温（WT）、溶解氧（DO）、总氮（TN）、总磷（TP）和水位（WL）影响,藻型湖区主要受DO、TN、氮磷比（N/P）和WL影响。研究可为长湖水生态系统的监测和管理提供科学依据。     

长江中游浅水湖泊沉积物碳氮同位素特征及其来源分析

通过分析长江中游湖北地区4个浅水湖泊（鲁湖、花马湖、野潴湖、三山湖）沉积物中的有机碳（TOC）、总氮（TN）、碳氮比（C/N）、碳稳定同位素（δ13C）以及氮稳定同位素（δ15N）,探究藻型湖泊和草型湖泊沉积物间碳、氮稳定同位素组成差异性,并进行了有机污染评价和有机质与氮素来源分析。结果表明,4个浅水湖泊的有机污染严重,鲁湖、花马湖、野潴湖、三山湖的平均有机指数分别为0.86、1.05、0.53和2.71,均达到了有机污染的程度,平均有机氮污染指数分别为0.34、0.36、0.21和0.54,均达到了有机氮污染程度;藻型湖泊（花马湖和鲁湖）沉积物中δ13C和δ15N的变化范围分别为-3.126%～-2.260%和0.291%～0.731%,均值分别为（-2.885±0.275）%（n=10）和（0.486±0.168）%（n=10）;草型湖泊的δ13C、δ15N变化范围分别为-3.048%～-2.494%和0.411%～0.830%,均值分别为（-2.766±0.213）% （n=10）和（0.617±0.183）%（n=10）,藻型湖泊的δ13C要更加偏负,草型湖泊的δ15N更加偏正;利用C/N与δ13C对有机质来源进行定性分析,发现浮游植物的沉积构成了藻型湖泊沉积物有机质的主要成分,而草型湖泊中浮游植物、土壤有机质和维管束植物均有贡献。利用C/N与δ15N对沉积物氮素来源进行半定量分析,发现本研究所选取湖泊的沉积物氮行为与湖泊的草藻形态没有显著相关关系,需更详细的物源信息才可确定氮素来源。     

太湖夏季不同类型湖区浮游植物群落结构及环境解释

2010年9月对太湖不同类型湖区31个站点的浮游植物群落结构进行了调查。结果表明,共检测到120种浮游植物,蓝藻门、绿藻门和硅藻门物种占据了相当大的比例。所有站点都有微囊藻出现,微囊藻是草型湖区和藻型湖区的数量单一优势种,导致31个站点的群落多样性指数值都较低。在环境变量的作用下,31个站点被分为3种类型,即草型湖区(组Ⅰ)、藻型湖区(组Ⅱ)和五里湖(组Ⅲ)。草型湖区物种数和多样性指数较高、浮游植物密度和营养盐浓度较低,总磷(TP)浓度极显著低于藻型湖区(t=-3.84,P=0.001)。在一定浓度范围内,微囊藻密度随着悬浮物(SS)浓度的增大而上升。太湖生态修复应以降低水体悬浮物浓度、提高水体透明度为目标,为草型湖泊生态系统的培植创造条件。     

不同规格双齿围沙蚕对沉积物氮磷赋存形态影响分析

沉积物作为养殖系统中氮磷的蓄积库,对养殖水体氮磷水平调控发挥着重要作用,氮磷赋存形态影响其在沉积物中的吸附和释放。为研究双齿围沙蚕(Perinereis aibuhitensis Grube)对海水养殖池塘沉积物氮磷赋存形态的影响,以400 g/m²生物量设计不同规格双齿围沙蚕养殖实验,分别为小规格[(0.7±0.3) g]、中规格[(2.5±0.3) g]和大规格[(4.3±0.3) g]处理组,不放养沙蚕设为对照组,实验周期为45 d,分别于实验初、末期采集不同深度的沉积物,测定其中氮磷各赋存形态的含量。结果显示,不同规格双齿围沙蚕均显著提高了沉积物上、中层离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可浸取态氮(WAEF-N)和强碱可浸取态氮(SAEF-N)含量(P<0.05),中、小规格处理组显著降低了沉积物中强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N)含量(P<0.05);不同规格双齿围沙蚕均显著提高了沉积物上、中层非磷灰石无机磷(NAIP)含量(P<0.05),中、小规格处理组显著降低了沉积物中有机磷(OP)含量(P<0.05)。本研究表明,中、小规格的双齿围沙蚕可以加速沉积物中有机氮磷的矿化,促进沉积物其他形态氮磷向上迁移,使其更容易分解和释放,进而被水体浮游植物所利用。     

不同氮磷浓度梯度对礁膜配子体生长的影响

为探索礁膜(Monostroma nitidium)配子体生长的适宜氮、磷浓度需求,以NaNO_3为氮源、KH_2PO_4为磷源,在不同氮(0、10、20、40、60、80μmol/L)、磷(0.5、1、2μmol/L)浓度梯度下,室内培养礁膜配子体7d,测定各处理组藻体的生长率、光合色素(叶绿素a、b和类胡萝卜素)和可溶性糖。结果表明,藻体生长最适氮、磷浓度比值为20∶1;且氮浓度为20μmol/L、磷浓度为1μmol/L时,礁膜配子体生长率取得最大值(13.80%/d);氮浓度为20μmol/L、磷浓度为2μmol/L时,藻体光合色素含量最高(分别为0.320 7mg/g、0.170 8mg/g和0.103 6mg/g);氮浓度为0μmol/L、磷浓度为2μmol/L时,藻体可溶性糖含量最高(19.03mg/mL)。     

葡萄糖添加对太湖水体浮游植物生长的影响

为探索葡萄糖(碳源)添加对浮游植物生长的影响,于2015年7月30日—8月6日用太湖梅梁湾水体进行了碳、氮、磷的营养盐添加试验。试验设置3个处理,每个处理均添加相同水平的氮、磷营养盐,而碳添加质量浓度分别为0 mg/L(对照组)、51 mg/L(低碳组)和102 mg/L(高碳组)。结果显示,对照组与低碳组的叶绿素a(Chl-a)均显著高于高碳组(P0.05),3个处理间总悬浮颗粒物(TSS)质量浓度没有显著差异(P0.05);整体上,第1~8天和第6~8天,高碳组的硝酸盐氮(NO_3~--N)、活性磷(SRP)质量浓度的降低速率均是最高的,低碳组次之,对照组最慢(P0.05)。研究表明,葡萄糖添加控制了浮游植物生长,促进了水体中无机氮、磷质量浓度降低;但在添加葡萄糖的处理中,无机氮、磷质量浓度降低速度的加快并没有得到更高的浮游植物浓度。     

有机质对大型富营养化浅水湖泊沉积物磷吸附特征的影响

以大型浅水湖泊（太湖和巢湖）为研究对象,系统分析了沉积物有机质（OM）含量和组成、磷吸附参数、磷形态及间隙水溶解反应性磷（SRP）浓度在水平方向上的分布。吸附解吸平衡浓度（EPC0）与SRP浓度的比较结果表明,在太湖北部与巢湖南淝河入湖口等污染较严重的区域,沉积物仍表现出吸附磷的功能;OM与土壤有效磷（Olsen-P）、磷吸附指数和碱性磷酸酶活性均显著正相关,有机质分解所产生的小分子物质可增加磷的吸附容量;添加小分子有机质的室内模拟试验进一步证实了上述假设,糖类主要影响磷的吸附能,而氨基酸主要增加最大吸附量。有机质自身及其降解产物以不同方式影响沉积物对磷的吸附能力,并据此调节湖泊富营养化过程。     

有机质对大型富营养化浅水湖泊沉积物磷吸附特征的影响

以大型浅水湖泊(太湖和巢湖)为研究对象,系统分析了沉积物有机质(OM)含量和组成、磷吸附参数、磷形态及间隙水溶解反应性磷(SRP)浓度在水平方向上的分布.吸附解吸平衡浓度(EPC0)与SRP浓度的比较结果表明,在太湖北部与巢湖南淝河入湖口等污染较严重的区域,沉积物仍表现出吸附磷的功能;OM与土壤有效磷(Olsen-P)、磷吸附指数和碱性磷酸酶活性均显著正相关,有机质分解所产生的小分子物质可增加磷的吸附容量;添加小分子有机质的室内模拟试验进一步证实了上述假设,糖类主要影响磷的吸附能,而氨基酸主要增加最大吸附量.有机质自身及其降解产物以不同方式影响沉积物对磷的吸附能力,并据此调节湖泊富营养化过程.     

海州湾海洋牧场表层沉积物中磷形态及释放通量

为了解海州湾海洋牧场建设对沉积物-水界面磷酸盐交换的影响,于2017年5月采集了海州湾海洋牧场区表层沉积物及对应站点上覆水、间隙水等样品。采用SMT法(standard measurement test)分级提取磷的不同形态,包括可交换态磷(Ex-P)、铁铝态结合磷(Fe/Al-P)、钙结合态磷(Ca-P)并测定其浓度,结合室内磷通量模拟实验,尝试探索沉积物-水界面磷交换通量。结果显示,海州湾海洋牧场区表层沉积物中总磷(TP)浓度为392.44～463.46μg/g,IP浓度为219.21～282μg/g,Ca-P浓度为117.73～130.07μg/g。无机磷(IP)是磷的主要赋存形态;分级提取的磷形态浓度顺序为Ca-P Ex-P Fe/Al-P,对照区各种磷形态浓度大于鱼礁区,上覆水中的各种形态磷浓度均高于间隙水。室内模拟实验显示,沉积物中各种形态磷的浓度增加,IP仍为磷的主要赋存形态;沉积物-水界面TP、TDP(可溶性总磷酸盐)、PO_4~(3-)(可溶性正磷酸盐)的交换通量分别为-0.53～-0.05、-0.15～-0.01、-0.03～-0.29 mmol/(m~2·d)。实验初期交换速率较快,然后趋于平缓,与对照区相比,海洋牧场区磷的交换通量稍大,但都表现为从上覆水体向沉积物中迁移,即沉积物中的磷表现为上覆水的汇。     

光裸方格星虫(Sipunculus nudus)生物扰动对混养系统沉积物及间隙水中营养物质的影响

采用养殖水化学测定方法分析沉积物中有机质和营养盐含量变化,研究方格星虫生物扰动对混养系统中沉积物的生态效应。混养试验在20个养殖桶内(水体积550 L)进行,方格星虫(1.2±0.1 g)养殖在桶底沙层中,其放养密度为0、50、100和150条/桶;鲻(24.5±0.5 g)的放养密度为3尾/桶,养殖在水体中的网箱中(直径0.8 m、高度0.6 m)。试验共分4个处理组(T0、T50、T100和 T150),每个处理组各设5个重复。结果显示,与对照组(T0)相比,方格星虫组底层(6–8 cm)沙中有机质含量有所增加,但未达到统计学显著差异(P>0.05)。随着试验的进行,4个试验组的间隙水中硝态氮(NO3-N)、氨氮(NH4-N)以及活性磷(SRP)浓度均呈现出升高的趋势。试验结束时,T100和 T150组各层间隙水的 NO3-N 浓度均低于T0组(P<0.05),且底层间隙水的 NO3-N 浓度随方格星虫密度的增加而降低;T0组表层 NH4-N 浓度高于方格星虫组,而底层氨氮却显著低于高密度方格星虫组(T100和 T150)(P<0.05)。结果表明,方格星虫的生物扰动在一定程度上可以促进沉积物表层的有机质向底层转移,从而影响间隙水中氮、磷营养盐的转化和释放。方格星虫的生物扰动在精养池塘中的底质修复作用仍需进一步研究。     

Floc and sediment properties and their environmental distribution from a marine fish farm

Open ocean pen aquacultural operations are leaky systems with potential environmental impacts of metabolic excretions products, feed additives, and anti‐fouling agents. This study analysed the water–sediment interface along a horizontal transect away from a fish farm, noting variations between water, floc, and sediment properties. The properties examined included nitrogen (N), phosphorus (P), carbon (C), sulphur (S), and trace element content, as well as heterotrophic bacteria populations. C, N, labile P, NH₄, Ca, and Zn were elevated in surface sediments at the farm in comparison with sites 100 and 300 m away. The flocs had higher levels of Mg, K, and heterotrophic bacteria than adjacent sediments, indicating the importance of the microbial communities in flocs. The flocs were important in their role as a retention and potential transport mechanism for metals, increasing in concentration of Al, Fe, and Mn with distance from the farm.     

沉积环境对鱼类网箱养殖的响应

网箱养殖是鱼类集约化养殖的主要方式,近年来得到大力发展,但是网箱养殖也带来诸多的环境问题。本文从沉积环境改变的角度阐述了网箱养殖对环境的影响,包括底层水环境要素、底质理化环境要素和底栖生物环境要素对网箱养殖的响应,并探讨了有机负荷的消减对策。网箱养殖区水环境中溶解氧(DO)通常下降,而化学耗氧量(COD)、氨氮(NH4-N)和无机磷(D IP)增多;底泥沉积物中N、P、硫化物、有机质等大量富集,其中富集现象最明显的是P、硫化物和NH4-N,其次是总氮(TN)和有机质;一般情况下,网箱养殖区底栖生物尤其是多毛类增加,而当污染严重时,会使底栖生物缺失。有机负荷的消减对策包括收集残饵粪便等沉积物、利用生物方法去除有机碎屑和加强养殖管理提高饲料利用率等。     

褐煤的碳缓释特征及其对池塘底泥脱氮作用的影响

厌氧氨氧化和反硝化作用是底泥生物脱氮的主要过程,碳源是调控厌氧氨氧化和反硝化作用的关键因子。本研究以褐煤为对象,对褐煤的静态碳释情况及其对池塘底泥中脱氮作用的影响进行了研究。结果显示,褐煤在室温条件下的碳释放规律符合二级动力学方程,具备作为反硝化碳源的可行性;在脱氮实验中,发现褐煤对底泥上覆水体中的亚硝酸盐氮(NNO₂^--N)的去除具有促进作用,NNO₂^--N的去除率随褐煤浓度的增加而升高,当褐煤质量浓度为40 g/L时,N\${\rm{O}}_2^ - $\-N去除率最高达99.61%,此时硝酸盐氮(NO₃^--N)的浓度也最低;同时发现,水体中氨氮(NH₄⁺-N)氧化的最适褐煤质量浓度为10 g/L,其去除率达99.39%;对底泥中的厌氧氨氧化菌群进行Illumina高通量测序发现,其中浮霉菌门占比最大(39.6%~71.8%),优势菌属为Candidatus Brocadia (13.9%~35.8%)和Desulfovibrio (17.1%~34.8%),添加褐煤组Candidatus Scalindua菌属比例高于未添加组;荧光定量PCR得出,随着褐煤质量浓度升高,底泥中的反硝化菌丰度呈增长趋势,而厌氧氨氧化菌丰度则低于无褐煤添加组,表明添加褐煤对底泥反硝化有促进作用,而对厌氧氨氧化有一定的抑制作用。研究表明,褐煤具备作为反硝化碳源的条件,可用于池塘养殖底泥脱氮作用。     

Influence of sediment phosphorus on utilization efficiency of phosphate fertilizer: a mesocosm study

Influence of initial sediment phosphorus content of the pond sediment on P dose efficiency was examined in a laboratory experiment using four types of sediments collected from ponds located along a nutrient gradient in a sewage‐fed fish farm. Each sediment type (500 g) was dispensed in a glass jar with water and treated with single super phosphate (SSP) treatment at 1.25, 2.5, 5.0 and 10.0 mg L^?1 in triplicate. Determination of orthophosphate (OP) and soluble reactive phosphorus (SRP) in water and available and total P in sediment showed increased response in relation to dose and time. At a given dose, the rate of increase for all species of phosphate in sediment or water was maximum in the case of local pond (LP) soil followed by stocking pond (SP), facultative pond (FP) and anaerobic pond (AP) soil, suggesting that utililization of phosphate fertilizer was much better under oligotrophic conditions than under eutrophic states. The SSP‐induced OP peak at 10 mg L^?1 in LP sediment was similar to that of 5.0 mg L^?1 in AP sediment containing 59% enhanced initial phosphate, implying that fertilizer application can be profitably reduced by 18% in the former without limiting the OP level in the water phase. It is concluded that dosage selection of phosphorus fertilizer in aquaculture ponds should be based on an evaluation of the initial P status of the system.     

上海地区池塘沉积物中氮、磷、有机碳及重金属风险评价

为综合评估上海地区池塘沉积物环境质量状况,2016-2019年对上海地区36个养殖场池塘采集沉积物样品360个,检测和分析沉积物中总氮（TN）、总磷（TP）、总有机碳（TOC）及重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量。研究结果表明,池塘0~10 cm层和10~20 cm层沉积物中TN、TP、TOC及各重金属均值分布无显著差异（P>0.05）,0~20 cm层沉积物（干重）中TN、TP和TOC平均含量分别为（873.37±352.45）mg/kg、（685.66±199.66）mg/kg和（6.62±3.05）mg/g,三者相关性显著。综合污染指数法和有机指数法评价结果表明,池塘沉积物中氮和有机物质的累积量较低,磷累积量相对较高,均低于其他地区高产池塘。池塘沉积物中Cr、Cd、Cu和Hg样品超标率分别为6.42%、3.21%、4.13%和1.38%,Zn、Pb和As无超标现象。地质累积指数、潜在生态危害指数法和一致性沉积物质量基准评价结果表明,上海地区池塘沉积物中重金属整体上处于清洁等级、低潜在生态危害状态,预测不会引发生物毒性效应。     

不同曝气策略对SBBR处理模拟水产养殖废水净化效率的影响

为研究不同曝气策略对序批式生物膜反应器(SBBR)净化模拟的罗非鱼工厂化养殖废水的影响,实验设计构建了5个形态结构相同的SBBR反应器,探究在两个既定溶解氧(DO)水平下(即曝气段DO=2或3 mg/L)不同曝停比(1h/5h、2h/4h、3h/3h、4h/2h、5h/1h)对其净化效率的影响。研究结果显示:不同曝停比工况下氮素去除途径主要为同步硝化反硝化。总氨氮的去除率随曝停比的增大呈升高趋势。在曝气段DO=2 mg/L工况下,总无机磷氮的去除率随曝停比的增加呈升高趋势,硝化过程是影响氮素去除的主要因素。而在曝气段DO=3 mg/L工况下,总无机磷氮的去除率随曝停比的增加呈先升高后降低的趋势,在曝停比为4/2时达到最高。实验工况下不同溶解氧水平对COD的去除无显著影响,但是不同曝停比对COD的去除却有显著影响。在曝气段DO=2 mg/L工况下,出水磷浓度随曝停比的增加呈先积累后去除趋势,且磷素的去除率随曝停比的增加而增加。而在曝气段DO=3 mg/L工况下,磷素去除率均为正值,且随曝停比的增加先升高后降低,在曝停比为4/2时达到最高。     

主养草鱼与主养黄颡鱼池塘沉积物—水界面氮磷营养盐通量变化及与环境因子的关系

为了探讨不同主养模式池塘养殖期间沉积物—水界面氮磷营养盐通量变化特征以及与环境因子之间的相互关系,利用沉积物—水界面营养盐扩散通量的原位观测装置,分析了2013年4—10月主养草鱼和主养黄颡鱼池塘沉积物—水界面营养盐交换通量,并探讨了影响营养盐交换通量的因素。结果发现:(1)在养殖初期,各种形态氮磷在养殖池塘沉积物—水界面主要表现为从上覆水向沉积物的沉积,养殖中后期,由于温度升高以及池塘沉积物中营养物质的大量累积,各种形态氮磷表现为以沉积物向上覆水扩散为主,表明池塘沉积物是氮磷营养盐的源与汇;(2)两种不同主养模式池塘氮磷通量的统计结果表明,沉积物—水界面-N、-N和-P通量变化无显著差异,而-N、TN和TP通量有显著差异;(3)上覆水中DO含量的升高显著促进界面间-N和-N释放通量,而-N和-P释放通量与上覆水DO浓度成显著负相关;温度的升高对各种无机形态的氮磷通量有显著的促进作用。     

贵州草海重污染区生态修复水质效果评估

对比分析贵州草海重污染湖区沉水植物生态修复区与对照区沉积物内源磷释放通量,探讨外源负荷得到有效控制后草海重污染区沉水植物生态修复效果,为草海综合污染治理与生态恢复提供一定的数据支撑和科学依据。2018年在草海修复区内和对照区各布设3个采样点, 10月至次年10月每个月分别对修复区和对照区水质开展连续跟踪监测。利用薄膜梯度扩散技术（DGT）对比分析了修复区和对照区内源磷释放通量,综合评估了草海重污染区生态修复效果。结果表明,沉水植物修复工程实施一年后,修复区水体氨氮（NH3-N）、总磷（TP）和溶解活性磷（SRP）浓度分别降低为对照区的65%、42%和67%。修复区沉水植物生长茂盛,水体DO含量稳定在8 mg/L以上,透明度显著提高,水质明显改善,CODMn 、NH3-N、TP浓度分别降低至5.7、0.39 、0.05 mg/L,达到地表水Ⅲ类标准。生态修复工程对内源磷释放量削减30% 以上,修复区内源磷贡献率38%,远低于对照区（74%）。当草海流域外源污染得到有效控制后,沉水植物生态系统恢复成为重污染区内源污染控制与水环境修复有效的手段。